Presses à comprimés : aperçu général

Les presses à comprimés, et plus généralement les presses rotatives à poinçons et matrices, sont utilisées dans divers secteurs pour compacter des poudres et granulés, puis produire un comprimé facile à manipuler, commercialiser et absorber par le client. Ces machines sont bien sûr répandues dans l’industrie pharmaceutique, ainsi que dans le secteur en croissance des compléments alimentaires. Le même principe de compactage est cependant utilisé dans des industries plus lourdes, par exemple pour la production de briques réfractaires, bien que la taille des machines diffère et qu’il s’agisse plutôt de machines à simple course que de modèles rotatifs.

1. Qu’est-ce qu’une presse à comprimés ?

Qu’est-ce que le poinçonnage de comprimés ?

Une presse à comprimés est un équipement permettant de agglomérer des poudres ou des granulés par compactage. Le processus, à sec, consiste à disposer d’un mélange de poudre ou de granulés (poudre ayant subi une étape préalable de granulation, telle que l’agglomération humide), à introduire cette poudre dans une matrice, puis à appliquer une haute pression à l’aide d’un couple de poinçons. La pression compacte la poudre, la déforme et assure son adhésion.

• Presses alternatives à poinçon et matrice unique : les machines les plus simples disposent d’une seule matrice et fonctionnent selon un mouvement alternatif, avec des poinçons supérieur et inférieur qui se ferment et s’ouvrent alternativement pour compacter puis éjecter la poudre compactée sous forme de comprimé ou de briquette. Ces machines ont un débit faible mais sont couramment utilisées pour fabriquer des pièces métalliques, par exemple, ou des briques réfractaires.

• Presses rotatives à poinçons et matrices : le principe reste le même, les poinçons se ferment sur le produit contenu dans une matrice pour le compacter, mais plusieurs poinçons et matrices sont montés sur une couronne rotative, ce qui permet d’augmenter considérablement la fréquence de poinçonnage. Ces machines sont principalement utilisées dans le secteur pharmaceutique et produisent des compacts de poudre de quelques grammes. Le nombre de comprimés produits est donc élevé, mais le débit massique de la machine reste de quelques dizaines ou centaines de kg par heure.

2. Comment la poudre s’agglomère-t-elle sous l’effet de la compaction ?

Comment fabrique-t-on de la poudre pour comprimés ?

Le compactage est fondamentalement un processus à sec au cours duquel les particules solides sont amenées à adhérer entre elles et à conserver une certaine forme grâce à l’action d’une haute pression. Lors du compactage de la poudre, différents phénomènes se produisent, permettant d’obtenir un comprimé ou une briquette (pour les machines plus grandes). Ces phénomènes sont listés ci-dessous, bien que seuls certains puissent intervenir pour une application donnée [Pietsch] :

• Création de ponts solides entre les particules par
• Réaction chimique
• Fusion ou frittage
• Couches d’adsorption
• Associations non valentes
• Forces moléculaires, électriques, magnétiques entre particules (par exemple, forces de Van Der Waals)
• Enclenchement mécanique

Dans tous les cas, les forces de compression doivent être telles que les particules solides subissent une déformation plastique [Perry], ce qui conduit à un contact très intime entre les particules, favorisant certains des phénomènes de liaison mentionnés précédemment. Un cycle de compression typique et son effet sur les particules solides sont représentés dans le graphique 1. Il convient de noter que les matériaux, après compactage et une fois la pression relâchée, se dilatent généralement légèrement en raison de la libération d’air comprimé et/ou d’une forme de récupération élastique du matériau [Pietsch].

Dans certains cas, l’ajout d’un liant est nécessaire si la compression des solides en vrac ne produit qu’une liaison faible, insuffisante pour conférer une résistance mécanique adéquate au compact (comprimé, briquette, etc.) produit.

3. Principe de fonctionnement d’une presse à comprimés

Comment fonctionne une presse à comprimés ?

Le processus de compactage dans une machine de compression de comprimés s’effectue selon les étapes suivantes :

• Remplissage de la matrice : la poudre à compacter s’écoule d’une trémie vers la matrice
• Ajustement du volume et raclage de la matrice : le poinçon inférieur est ajusté pour mesurer le bon volume du compact, et un racleur élimine l’excès de produit
• Compactage : les poinçons supérieur et inférieur se ferment et exercent une haute pression sur la poudre, conduisant au compactage
• Relâchement des poinçons : le poinçon supérieur est soulevé, aucune pression de compactage n’est plus appliquée
• Éjection du comprimé : le poinçon inférieur est relevé pour extraire le comprimé, qui est ensuite collecté pour un traitement ultérieur (généralement l’emballage). Le poinçon est ensuite abaissé pour être prêt pour un nouveau cycle

Figure 1 : principe de fonctionnement d’une presse rotative à poinçons et matrice utilisée pour la fabrication de comprimés

Ces différentes actions peuvent être réalisées sur une presse à poinçon et matrice unique, par exemple pour des machines de laboratoire ou pour compacter de grandes quantités de matériaux. Cependant, les composants peuvent également être disposés sur une tourelle, ce qui permet d’augmenter considérablement la fréquence de poinçonnage, bien que pour de petites quantités de matériau, comme c’est le cas dans le secteur pharmaceutique. La figure ci-dessus illustre le principe de fonctionnement d’une presse rotative à poinçons et matrice pour la production de comprimés dans les industries pharmaceutiques ou des compléments alimentaires.

4. Facteurs influençant le choix et la conception d’une presse à comprimés

Facteur de conception	Points de vigilance
Volume et vitesse de production	Évaluez le volume et la vitesse de production requis pour adapter la capacité de la presse à comprimés aux besoins de production. Les presses rotatives haute vitesse conviennent à une production à grande échelle, tandis que les machines à poinçon unique peuvent suffire pour des lots plus petits.
Outil et matériau de l’outil	Évaluez les options d’outillage et les matériaux disponibles pour la presse. La conception, la durabilité et la compatibilité de l’outillage avec les caractéristiques souhaitées des comprimés sont essentielles pour une production réussie.
Caractéristiques des comprimés	Définissez les caractéristiques souhaitées des comprimés, y compris la taille, la forme et la dureté. Différentes presses à comprimés peuvent exceller dans la production d’attributs spécifiques, influençant ainsi le choix de l’équipement.
Caractéristiques de la poudre	Prenez en compte les propriétés de la poudre ou des granulés utilisés. Des facteurs tels que la fluidité, la compressibilité et la distribution granulométrique impactent le processus de compactage et nécessitent une adéquation avec les capacités de la presse.
Intégration avec les processus en aval	Évaluez dans quelle mesure la presse à comprimés s’intègre aux processus en aval, tels que l’enrobage, l’emballage ou d’autres étapes de traitement. Une intégration fluide améliore l’efficacité globale.
Conformité réglementaire	Assurez-vous que la presse à comprimés sélectionnée respecte les réglementations et normes industrielles, en particulier pour les applications pharmaceutiques et alimentaires. Les fabricants ayant un historique éprouvé de conformité réglementaire sont préférables (voir ci-dessous).
Facilité de maintenance	Évaluer la facilité de maintenance et la disponibilité des pièces détachées pour la presse à comprimés. Les temps d'arrêt pour maintenance doivent être minimisés, et un accès rapide aux pièces de rechange est essentiel pour des opérations en continu.
Formation des opérateurs et fonctionnalités conviviales	Prendre en compte les exigences de formation pour les opérateurs et la présence de fonctionnalités conviviales. Des commandes intuitives et une documentation claire contribuent à une exploitation efficace et à un dépannage optimisé.

Ces considérations peuvent être utilisées comme entrée pour les *Spécifications des Exigences Utilisateur* lors de la demande de devis aux fournisseurs.

5. Fabricants de presses à comprimés

Les presses à comprimés sont utilisées dans des secteurs majeurs tels que la pharmacie, les compléments alimentaires ou la céramique, ce qui a conduit de nombreux fabricants à développer des presses pour ce marché étendu. Les fabricants suivants peuvent être consultés :

• MYM Machinery
• GEA
• Korsch
• Fette Compacting

Lors de la prise de contact avec un fabricant, qu'il s'agisse d'une presse neuve ou d'occasion, assurez-vous de vérifier ses références et d'engager une discussion détaillée avec les équipes commerciales et techniques afin d'évaluer le niveau de connaissance du fournisseur et sa capacité à vous accompagner lors de l'exploitation et de la maintenance de la presse.

Source

[Pietsch] *Procédés d’agglomération* (Phénomènes, Technologies, Équipements), Pietsch, Wiley-VCH, 2004

[Perry] *Manuel de l’ingénieur chimiste de Perry*, Section 21 *Opérations et traitements solide-solide*, page 21-105, McGraw-Hill, 2008